試析基于X3D的虛擬植物建模和可視化探究

1、文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng) 試析基于x3d的虛擬植物建模和可視化探究文章來源 畢業(yè)論文網(wǎng) 本文在闡述 x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹并分析了基于x3d虛擬植物建模的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步探索了基于 x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)植物建模的原理和方法，最后，針對(duì)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用目前狀況，提出了應(yīng)用中出現(xiàn)的新問題，并為未來的研 究方向進(jìn)行了展望。1 x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述虛擬現(xiàn) 實(shí) (virtual reality)是20世 界 80年代初由vpl research公司創(chuàng)始人 jaron lanier提出的。已廣泛應(yīng) 用于科 學(xué)研 究和可 視化 、軍事 模擬 、工程 應(yīng)用、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、教育及娛樂等領(lǐng)域。x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技

2、術(shù) 是 目前虛 擬現(xiàn)實(shí)技 術(shù) 中最前 沿 的科技，2004年10月正式通過 iso/iec審議成為網(wǎng)絡(luò)三維國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn) iso/iec19775。x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)整合了 xml、javaseript、java、java3d和流技術(shù)等世界先進(jìn)技術(shù).具有更強(qiáng)大、更高效的三維計(jì)算 能力、渲染質(zhì)量 和傳輸速度。它克服 了以往其它虛擬 現(xiàn)實(shí)語言存在兼容性及可擴(kuò)展性差、對(duì)瀏覽器的依靠過強(qiáng)、編程能力弱等缺點(diǎn)，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域，顯示其巨大的發(fā)展?jié)摿?，前景十分廣闊。1.1 x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)(1)xml編碼x3d采用 xml編碼 ，使其具 有通用性 、易于 頁面集成 、和下一代 web融合等諸

3、多優(yōu)勢(shì).并引入了基于組件的結(jié)構(gòu).具有兼容性 、可擴(kuò)展性 、輕量化 的內(nèi)核等特征。xml編碼為創(chuàng)建和 xml兼容的 vrml代碼 ，提供了一組 xml通 用 實(shí)體 和元 素 類 型聲 明 。vrml2oox規(guī)范草案包含一個(gè)完整的 dtd，它定義了x3d的 xml標(biāo)記 和這些標(biāo)記 功能實(shí)現(xiàn)之 間的聯(lián)系。而 dom為程序和腳本動(dòng)態(tài)的訪問和更新 xml文檔的內(nèi)容 、結(jié)構(gòu)樣式提供 了和平臺(tái) 、語言無關(guān)的接口。(2)構(gòu)件思想x3d體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是以構(gòu)件技術(shù)為指導(dǎo)的，這里構(gòu)件是指功能相關(guān) 的一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)類型的一個(gè)集合 ，一個(gè)構(gòu)件擴(kuò)展 內(nèi)核在某一 特定領(lǐng)域的功能 。x3d首 先將 vrml的關(guān)鍵特性封裝為一

4、個(gè) 小型可擴(kuò)展的 內(nèi)核 。然后通過特性 集擴(kuò) 展內(nèi)核 ，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的或是應(yīng)用程序定義的功能。構(gòu)件思想帶來的好處主要有摘要：精巧的內(nèi)核 、擴(kuò)展能力 、減少 了對(duì)資源 的占用。1.2 x3d虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)x3d被定義為可交互操作、可擴(kuò) 展 、跨平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)三維內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。x3d中添加了新的功能組件 ，推出java、xml通用平臺(tái)下的開放原代碼工具包，在 x3d中需要使用非凡 的功能時(shí) ，可以調(diào)用由 java等編寫的程序 ，由于java平 臺(tái)無關(guān)性 ，這樣可在不同的硬件和軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)瀏覽 ，拓寬了信息共享 范圍。在組件優(yōu)化的結(jié)構(gòu)下 ，x3d擴(kuò)展新的功能將更快捷。x3d的內(nèi)容是模塊化的和可重 復(fù)使用

5、 的 ，根據(jù)可擴(kuò)展 和模塊化的結(jié)構(gòu) ，瀏覽器可以只需支持需要 的概貌 。x3d支持也提供了一種mpeg一4支持的方式。 x3d 是mpeg一43d渲染的基礎(chǔ)。2 基于x3d的植物建模和可視化基于 x3d的虛擬植物建模和可視化 。是一種基 于x3d虛 擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ，植物形態(tài)結(jié)構(gòu)幾何描述的三維植物結(jié)構(gòu) 模擬方 法 。該 方法 利用 儀器采 集植 物空 問數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)上三維建模語言編程調(diào)用空間數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)植物 三維模擬和再現(xiàn) ，模擬植物在 三維空問中的生長(zhǎng)發(fā)育過程 。虛擬植物能夠精 確地反 映現(xiàn)實(shí)植物 的形態(tài)結(jié)構(gòu) ，以可視化的方式反映植物 的形態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)律。2.1 虛擬植物建模和可視化開發(fā)的基本原理要

6、建立虛擬植物，首先要建立基本 的三維植物結(jié)構(gòu)模型。一個(gè)完整的虛擬植物實(shí)體對(duì)象一般包含葉 、莖 、花 、根等幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)部分 以及一些相關(guān) 的輔助設(shè)施 ，這些基本模型的制作采用現(xiàn)有較成熟的三維設(shè)計(jì)軟件 x3d—edit。虛擬植物除 了能實(shí)現(xiàn)植物的三維可視 化外 ，其 另一個(gè)重要的功 能就是 通過 script編程 、api編程或其它技術(shù)能實(shí)現(xiàn)虛擬植物專題信息的展示和反饋。甚至實(shí)現(xiàn)一定 的分析功能 .協(xié)助農(nóng)業(yè)相關(guān)部門進(jìn)行植物信息收集和反饋。這對(duì)植物的探究是極為有利的，為他們提供了極大的方便。因而可以將虛擬植物定義為以下形式 摘要：虛擬植物=三維植物模型+專題信息展示功能+信息反饋功能+

7、分析功能。實(shí)現(xiàn)步驟 如圖 2。2.2 基于x3d植物形態(tài)結(jié)構(gòu)模型的建立和可視化2.2.1 三維結(jié)構(gòu)建模方法 利用 x3d創(chuàng)建虛擬植物，生成三維模型的方法大致如下 摘要：(1)利用 x3d節(jié)點(diǎn)直接編寫程序 。對(duì)于植物都具有根 、莖 、葉三個(gè)主要部 分 ，葉子這種 復(fù)雜 的造型可以采用擠壓節(jié)點(diǎn)一extrusion來實(shí)現(xiàn)。具體語句結(jié)構(gòu)可參考有關(guān)文獻(xiàn)。但僅僅根據(jù) x3d語法構(gòu)造準(zhǔn)確的三維空間模型是很困難的，對(duì)于復(fù)雜模型的構(gòu)造和修改就 比較不方便。(2)除了使用節(jié)點(diǎn)直接編程之外，還要考慮使用其它輔助建模軟件創(chuàng)建模型。由于一些結(jié)構(gòu)和外形的復(fù)雜性，直接用 x3d建模比較困難，可以利用第 三方的造型軟件來建模

8、.然后通過相應(yīng)的接口導(dǎo)出x3d文件，最后編輯 x3d 源程序 的相關(guān)部分來實(shí)現(xiàn)。通常的做法是，利用 autocad建立復(fù)雜模型后，假如希望有更好的效果，可以輸入到 3dmax 中賦予材質(zhì)、色彩建立光照效果、合成，最后轉(zhuǎn)成 x3d文件 ，插入到虛擬環(huán)境 中。2.2.2 交互編程方式在建模過程中.x3d 中常用的編程方式主要有以下二種 摘要：(1)用 x3d中的script節(jié)點(diǎn)編程。script節(jié)點(diǎn)可以幫助 x3d完成復(fù)雜的交互過程.它有以下4個(gè)功能摘要：可感應(yīng)環(huán)境的變化及用戶的操作摘要：從其它節(jié)點(diǎn)接收事件并進(jìn)行一些處理;內(nèi)部 的程序塊可完成一些計(jì)算工作;通過發(fā)送事件使外界產(chǎn)生相應(yīng)的變化。scrip節(jié)點(diǎn)可以像其它的x3d節(jié)點(diǎn)一樣放置在場(chǎng)景中的任何地方，可以重命名，可以從它那里移走事件，也可以把事件傳給它。這是最常用的編程方法，目前用的較多的描述性語言是 javascript和 vrmi_script。目前大多x3d瀏覽器都支持javascript編程.而支持vrmlseript編程的瀏覽器主要是 bs contact player。(2)通過 x3d的外部編程接口api進(jìn)行編程。這種編程方式答應(yīng)虛擬場(chǎng)景和其它對(duì)象溝通，因而可以實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和其它對(duì)象的結(jié)合，達(dá)到令人滿足的效果。3 國(guó)內(nèi)外 x3d在項(xiàng)目中的應(yīng)用